В строительном производстве буровые работы выполняют при геологических изысканиях, при установке опор линий электропередач, средств связи и контактной сети, при взрывных работах, при сооружении свайных фундаментов (набивные сваи), при горизонтальной проходке и последующей прокладке коммуникаций и т. д. Бурение заключается в образовании в грунте цилиндрических скважин с разрушением породы на дне скважины и извлечения этой породы.
Оборудование, применяемое для бурения, зависит от физических свойств грунта, в котором производится бурение, а также от размеров требуемых скважин, их диаметра и глубины. Бурение осуществляют механическим и физическим способами.
Бурение механическим способом является наиболее распространенным, оно разделяется на: вращательное сплошным забоем, вращательное кольцевым забоем, ударное бурение, виброударное бурение. Бурение физическим способом включает: термический метод, электрогидравлический, взрывной (пока находятся в стадии экспериментирования).
При вращательном бурении разрушение породы на дне скважины происходит под воздействием осевого и окружного усилий, приложенных к режущим (дробящим) зубцам рабочего инструмента. При вращательном шарошечном бурении твердая порода разрушается зубцами шарошек, вращающихся вокруг собственной оси и перекатываемых по дну забоя вокруг вертикальной оси штанги при одновременном осевом давлении на штангу.
При ударном бурении (ударно-канатном) порода разрушается ударами по забою тяжелого инструмента — бурового долота. После каждого удара долота оно поворачивается на некоторый угол относительно своей вертикальной оси и, снова ударяя по забою, разрушает породу равномерно по всей его площади. Ударное бурение применяют в основном в скальных грунтах.
При виброударном бурении разрушение грунта происходит под воздействием большого числа ударов трубчатого бура, связанного с вибратором.
Огневое бурение заключается в разрушении породы струями газа высокой температуры, выходящими из насадок горелки со сверхзвуковой скоростью. Разрушенный грунт из скважины извлекается непрерывно винтовой поверхностью конвейера, водяной струей, сжатым воздухом, отходящими газами или периодически при извлечении на поверхность бурового снаряда.
Машины для бурения шпуров и скважин
Буровые машины для образования шпуров и скважин в талых и мерзлых грунтах изготовляют на базе колесных или гусеничных тракторов. Основными видами рабочего инструмента этих машин являются винтовой бур, ударно-поворотное долото и шарошечное долото. Винтовой бур представляет собой буровую штангу с наваренной на ней винтовой спиралью, нижняя кромка которой, имеющая контакт с забоем, оснащена зубками из твердых сплавов. Торец штанги заправлен под перо.
При вращательном бурении скважин в более твердых породах применяют шарошечное долото
Шарошечное долото состоит из корпуса с тремя лапами, в которых вделаны цапфы с роликовыми опорами. На цапфах насажены конические шарошки, удерживаемые против смещения на цапфе штифтами. Шарошки делают цельными из одного куска легированной стали с фрезерованием зубков или из поделочной стали с вставками зубков из твердого сплава.
Ударно-поворотной долото представляет собой массивный цилиндрический стержень с внутренним каналом для прохода воды или воздуха. На торце стержня размещена рабочая часть долота или одноперая или крестообразная (для трещиноватых пород). Рабочую часть долота изготовляют из легированной стали.
Самоходная машина вращательного бурения на базе пневмоколесного экскаватора показана на рис. 204. Ее применяют для бурения в мерзлых грунтах шпуров диаметром 75 мм и глубиной 1650 мм. Рабочее оборудование машины включает сварную раму, установленную в задней части трактора, которая удерживается в вертикальном или наклонном положении гидроцилиндрами. По направляющим рамы с помощью напорного гидроцилиндра перемещается каретка, несущая на себе две буровые штанги, получающие движение от гидромотора через одноступенчатый цилиндрический редуктор. Расстояние между бурами может изменяться от 800 до 1000 мм.
Буровая машина БТС-150 (рис. 205) смонтирована на базе гусеничного трактора T-I30. Бурение твердой и скальной породы машина выполняет шарошками, укрепленными на конце буровой штанги. При проходке скважин в мягких и мерзлых грунтах шарошка заменяется штангой — шнеком.
Буровое навесное оборудование на тракторе состоит из буровой рамы с двумя гидроцилиндрами, верхней 6 и нижней 8 траверсами и ротора, приводимого во вращение от вала отбора мощности трактора через коробку передач и карданный вал. Через штангу-вращатель ротор приводит во вращение буровой стан с частотой 60 или 120 мин-1. Верхний конец штанги крепится в опорном подшипнике.
Гидравлическая система, осуществляющая подачу бурового инструмента на забой, состоит из насоса, масло-распределителя, бака и маслопровода. Для выравнивания машины в рабочем положении служат гидравлические домкраты.
При шнековом бурении применяют буровой снаряд, который состоит из отдельных винтовых конвейеров, соединяемых муфтами с замковой резьбой, при бурении шарошечным инструментом — из труб с приваренными муфтами с такой же резьбой. В этом случае шлам из скважин удаляется сжатым воздухом, подаваемым в полость штанги вращателя, который охлаждает при этом рабочий инструмент. Расход сжатого воздуха составляет 5...9 м3/мин.
